混合级联九电平逆变器功率均衡调制策略研究

三单元混合级联多电平逆变器可以使用较少的开关器件实现高质量电压输出,但其在传统的混合频率调制策略下存在低压单元开关损耗及级联单元间输出功率不均衡等问题。基于此,首先,提出一种改进型混合调制策略,并推导改进型混合调制策略下级联单元输出电压基波表达式,进而得出各级联单元平均输出功率表达式;然后,对改进型混合调制策略进行功率均衡优化,在保留改进型混合调制策略输出电压谐波性能良好的前提下,通过改造PD调制策略的三角载波,有效均衡低压单元开关损耗,通过控制高压单元输出脉冲宽度实现全幅值调制度下级联单元间输出功率自均衡控制;最后,通过仿真和实验验证所提功率均衡调制策略理论分析的正确性和可行性。     

直流微网储能系统SoC均衡及电压恢复

针对传统下垂控制无法均衡储能单元SoC及母线电压跌落问题,提出了一种带有母线电压恢复的荷电状态(SoC)均衡控制方法。根据电池组SoC的不同,改变不同储能单元输出电流,实现负荷功率的动态分配,最终达到SoC均衡的目的。在传统下垂控制的基础上增加SoC控制环节和直流母线电压补偿环节,可以在无通信的情况下均衡各储能单元SoC,同时相比于调整下垂系数,对系统稳定性影响较小。最后,通过仿真和试验验证了所提方法的有效性。     

混合级联多电平逆变器的改进混合调制技术

针对于Ⅲ型混合级联型多电平逆变器调制中,逆变器输出的相电压及线电压包含低频次谐波,以及大调制度下出现的超调问题,提出了一种改进的混合调制策略。该策略通过调制波和一对三角载对高压单元进行调制,得到高压单元输出的PWM波,再利用调制波与高压单元输出的PWM波的差值作为低压单元的调制波对低压单元进行调制,得到低压单元输出的PWM波。仿真与实验结果表明该策略能够消除Ⅲ逆变器输出相电压及线电压中的5次和7次低频谐波和超调现象,逆变器输出的相电压和线电压的总谐波失真(total harmonic elimination,THD)分别为14.53%和12.47%,频谱含量主要分布在2mf两侧。     

级联型逆变器载波周期脉冲调整的功率均衡方法及特性分析

对于级联H桥型逆变器,传统载波同相层叠调制策略和载波移相调制策略均无法使逆变器既具有最优线电压谐波特性,又能够实现级联单元间的功率均衡。为此,提出一种载波周期脉冲调整的功率均衡方法,此方法基于载波控制自由度,以载波周期为单位对传统载波排列进行调整;阐明了三单元载波分布的特征规律,仅需满足在第二层各级联单元载波均匀分布,即可以较少的载波数量在单位输出周期内实现级联单元间的功率均衡,且逆变器具有与传统载波同相层叠调制策略相同的线电压谐波特性。与此同时,详细推导了任意调制比和功率因数角下的级联单元输出特性,表明所提功率均衡方法的功率均衡效果不受调制比与功率因数角影响。仿真与实验结果验证了理论分析的正确性和功率均衡控制方法的可行性。     

基于控制自由度组合的级联H桥逆变器PD功率均衡控制方法

对于级联H桥型逆变器,载波同相层叠(phase disposition,PD)调制策略相比于载波移相(carrier phase shift,CPS)调制策略,具有更优的输出线电压谐波特性,但其无法实现级联单元间功率均衡。为了解决功率均衡问题,该文提出一种新颖的PD功率均衡控制方法,首先基于调制波控制自由度对传统的PD调制技术进行改进,减少了所需三角载波数量,实现了级联单元输出功率的大致均衡;进而结合载波控制自由度组合的思想,通过调整载波在垂直方向上的排列方式,在不改变逆变器输出电压的前提下,实现了对各级联单元输出电压的二次调整,最终在一个输出周期内达到了级联单元间的功率均衡。文中以3个H桥单元级联为例,给出功率均衡的定义和传统PD调制方法下功率不均衡的机理,分析所提控制方法的原理,通过仿真和实验结果验证理论分析的正确性和功率均衡控制方法的可行性。     

采用输出周期脉冲循环的级联H桥型逆变器功率均衡方法

针对级联H桥型逆变器,为兼顾级联单元间功率均衡和逆变器输出线电压谐波特性的控制,该文基于载波控制自由度,对各级联单元的输出进行重分配,提出基于1/4和1/2输出周期脉冲循环的功率均衡方案,所提方案能够在任意调制比和功率因数角下,控制级联单元在3/2个输出周期内实现功率均衡;为简化实现过程,对所提方案进行两次优化,使得载波数量和载波调整次数均大幅减少;同时,该文比较分析了原始功率均衡方案和优化功率均衡方案的异同点,结果表明基于1/2输出周期脉冲循环的二次优化方案获得了最佳的优化效果。最后,实验结果验证了理论分析的正确性和功率均衡方案的可行性。     

混合十三电平逆变器的倍频调制及功率均衡方法

在逆变器输出电平数目相同的情况下,相比传统级联多电平逆变器,直流侧电压比为1:1:1:3的混合十三电平逆变器拓扑能够减少使用的直流电源和开关器件数量。为解决该拓扑级联单元间输出功率不均衡的问题,并实现倍频调制提高等效开关频率,提出一种在高压单元采用阶梯波调制、低压单元采用融合载波移相和载波移幅的混合倍频调制策略和该策略下的功率均衡控制方法,从而实现了全调制度范围内4个单元之间的输出功率均衡以及3个低压H桥单元之间开关损耗的平均分配,同时保证高压单元功率器件工作在基波频率状态,降低损耗,且逆变器输出电压波形具有3倍频特性。最后通过仿真和实验证明了理论分析的正确性及方案的可行性。     

基于半周期输出脉冲循环的级联型逆变器输出均衡控制策略

级联H桥型逆变器因器件数量少、易于模块化、控制自由度高等优点,得到了普遍应用。但在传统多电平调制策略下,无法实现级联单元间功率均衡与逆变器输出线电压谐波特性最优的协调控制,输出功率不均衡或输出电压谐波特性较差时会直接影响逆变器输出电压波形质量。为此,该文以载波层叠调制技术为基础,提出一种基于1/2输出周期脉冲循环的功率均衡控制策略,揭示功率均衡条件下的载波分布普遍规律,并将其推广应用至n单元级联拓扑。所提策略在保证逆变器输出电压具有相对最优谐波特性的同时,能够实现单元间的功率均衡控制,消除了功率不均衡的不利影响。仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

级联型逆变器载波循环功率均衡控制方法及比较

在级联H桥型逆变器中,载波同相层叠(PD)调制策略虽然输出线电压具有最优的谐波特性,但无法实现级联单元间输出功率均衡。针对这个问题,提出两种基于PD调制策略的载波循环功率均衡控制方法,所提方法在改进型PD调制策略的基础上,通过对载波进行周期性的循环移动,可以有效实现级联单元间的功率均衡控制,且保留了PD调制策略下逆变器输出电压谐波特性最优的特点。以三单元级联H桥逆变器为例,首先对改进型PD调制策略下级联单元输出功率特性进行数学推导;其次分析两种所提功率均衡控制方法实现机理并对其特性进行比较,揭示两种功率均衡控制方法的优缺点以及适用场合。最后通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性与所提方法的可行性。     

基于SoC均衡的直流微网储能系统负荷动态分配控制

针对直流微网系统中的分布式储能系统(DESSs),提出了一种基于荷电状态(SoC)均衡的负荷动态分配控制方法。该方法通过在传统下垂控制的基础上增加SoC均衡控制环节,使SoC较大的储能单元(ESU)输出较多功率,SoC较小的ESU输出较小功率,最终实现SoC均衡。另外,增加直流母线电压补偿环节,解决下垂控制导致的直流母线偏差问题。在PSIM中搭建仿真模型,对多种控制方法进行仿真比较,仿真结果证明了该方法的有效性。     

双低压型混合级联逆变器的改进混合调制

为解决混合级联九电平逆变器中的电流倒灌问题和降低功率平衡方法的数字设计难度,提出了一种改进的混合调制策略。该混合调制策略可分为两步:首先,通过改进混合级联九电平逆变器拓扑及混合调制方法消除电流倒灌问题;然后再利用逻辑运算对低压单元开关管的初始驱动信号进行功率平衡优化,得到低压单元开关管的实际驱动信号,进而简化功率平衡方法。仿真和实验结果表明:该策略能够在较低调制度下,实现逆变器的高压单元工作在基波频率和2个低压单元的功率平衡。     

七开关十五电平逆变器调制策略及功率均衡方法

传统混合级联三单元十五电平逆变器所需开关管较多,且在传统调制策略下存在输出功率不均衡问题。针对以上问题,提出了一种七开关十五电平逆变器拓扑及其功率均衡方法。该逆变器构成思想为先将直流电源、开关管以及二极管相结合组成基本单元输出正电平,然后经过H桥将电平变为正和负电平,实现输出多电平的功能大大降低了开关器件数量。采用阶梯波合成与特定谐波消除相结合的调制策略,仿真和实验结果表明该功率均衡调制策略能使逆变器3个不同电压等级单元在半周期内实现功率均衡,降低输出电压低次谐波含量。     

基于TPWM的CHB多电平逆变器功率均衡策略研究

针对级联H桥(cascaded H-bridge,CHB)多电平逆变器载波空间层叠(carrier disposition,CD)调制策略直流电压利用率低和各级联H桥单元输出功率不均衡的问题,提出了一种基于功率均衡的同相层叠梯形波脉宽调制(IPD-TPWM)策略,该调制策略既能在选取合适的梯形波三角化率δ值的条件下,保证输出线电压波形质量的同时大幅提高CHB逆变器输出电压基波幅值;又能通过改变三角载波的排列方式,从而实现在全调制比范围内各H桥单元在一个输出周期内的功率均衡。从而解决了直流电压利用率低和各级联单元输出功率不均衡的问题,并且该功率均衡控制方法相对简单,简化了控制难度,可以非常方便地应用于N电平CHB逆变器的场合。最后搭建了Matlab/Simulink仿真模型和实验平台,仿真和实验研究证实了该调制策略的有效性和切实性。     

级联多电平逆变器最优SPWM控制策略及其功率均衡方法

基于双傅里叶分析方法研究了应用于多电平逆变器现有的几种SPWM控制策略,比较得出输出线电压谐波最优的控制策略.针对级联多电平逆变器要求各单元均分负载功率,对最优SPWM控制策略进行了改进,改进后的最优SPWM控制策略在不影响输出电压的波形质量的同时保证了功率均衡,仿真分析和实验结果证明了理论分析的正确性.     

基于控制载波自由度的级联H桥逆变器改进型PWM技术

随着级联H桥(CHB)多电平逆变器输出电压与功率等级的增加,提高载波移相脉宽调制(CPS-PWM)策略下直流侧电压利用率以及改善低调制度时谐波性能比较差的问题具有重要的意义.通过对正弦波脉宽调制(SPWM)以及梯形波脉宽调制(TPWM)原理及输出电压特性的分析,该文提出一种基于控制载波自由度的改进型CPS-PWM策略,该策略基于移相载波自由度,通过周期性的循环改变三角载波的排列方式,利用改进的多载波代替原CPS-SPWM中的三角形载波进行调制,从而可以显著地提高输出电压的直流电压利用率;又能在实现各级联单元功率均衡的条件下,降低输出电压总畸变率,有效地改善低调制度时的谐波性能,且各单元开关频率和损耗相同,同时各开关管工作应力也相同,因此提高了系统的可靠性.该文给出改进型CPS-PWM策略输出电压基波幅值和功率均衡分析,同时列举三种策略并进行比较,并对该文所提策略进行仿真与实验的验证.     

基于SoC均衡的直流微网储能系统负荷动态分配控制

针对直流微网系统中的分布式储能系统(DESSs),提出了一种基于荷电状态(SoC)均衡的负荷动态分配控制方法.该方法通过在传统下垂控制的基础上增加 SoC均衡控制环节,使 SoC较大的储能单元(ESU)输出较多功率,SoC较小的 ESU 输出较小功率,最终实现SoC均衡.另外,增加直流母线电压补偿环节,解决下垂控制导致的直流母线偏差问题.在 PSIM 中搭建仿真模型,对多种控制方法进行仿真比较,仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于SOC下垂控制的独立直流微电网协调控制策略研究

储能系统(ESS)作为独立直流微电网的关键组成部分,其主要由多组储能单元(ESUs)组成。针对多组ESUs荷电状态(SOC)均衡速度较慢,在SOC均衡过程中会产生母线电压偏差问题,提出一种改进SOC下垂控制策略。首先,该控制策略根据各储能单元(ESU)的充放电状态和SOC值寻找最优下垂曲线,合理分配负荷功率,减小母线电压偏差。然后通过确定主储能单元进行功率再分配,并在允许范围内动态调整下垂系数,使系统快速收敛到均衡状态,进一步减小该过程中产生的母线电压偏差。此外,考虑当ESS因满充等原因退出运行时,ESS稳压变为光伏系统稳压,光伏系统由变步长MPPT控制切换为带有前馈补偿的下垂控制,确保母线电压稳定和微电网安全运行。最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所提控制策略可在保证SOC快速均衡的前提下,减小母线电压偏差,维持独立直流微电网的稳定运行。     

基于载波重构的级联逆变器功率均衡调制策略

针对已有调制策略应用于级联H桥型(CHB)逆变器中时存在的不足,结合载波移相(CPS)和载波同相层叠(PD)调制策略的优点,提出一种基于载波重构的新型功率均衡调制策略。所提调制策略通过对改进的CPS调制策略中三角载波进行重构,得到一种仍然保留载波移相特征的新型载波排列方式,且采用新型载波排列方式进行调制,逆变器输出电压谐波特性与PD调制策略下的完全一致。因此,在所提的新型功率均衡调制策略下,可以实现级联单元输出功率自均衡,同时可以有效改善逆变器输出线电压谐波特性。本文以三单元级联H桥型逆变器为例研究载波重构方法,分析新型功率均衡调制策略原理及功率均衡所需时间,并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和调制策略的可行性。     

混合多电平逆变器功率均衡分布的研究

基于多电平逆变器混合调制策略,高压逆变单元在调制比范围内,通过采用常值比较电平的方式,输出主要基波电压,低压单元采用高频调制方式调节输出电压。但低调制比时,高低压单元输出功率分布不均衡,降低了系统效率。通过分析发现,混合多电平逆变器直流电压比固定时,改变比较电平的取值在调节输出功率的同时并不影响输出电压波形。因此在全调制比范围内,通过比较电平的变化,调节逆变单元的输出功率,使各单元功率分布趋于均衡。对典型的混合不对称逆变器进行了仿真验证,仿真结果表明了新调制方法和分析的正确。     

CHB逆变器功率均衡控制策略研究

针对级联H桥(CHB)逆变器载波脉宽调制(PWM)存在的功率均衡问题,提出了上下载波1/4输出周期互换的功率均衡控制策略。该策略在不影响输出电压波形质量的基础上,通过调整CHB逆变器各个级联单元输出电压波形,使得各单元输出基波幅值相等,从而实现各单元在一个输出周期内的功率均衡。以三单元七电平CHB逆变器为例,对载波调制法的功率均衡控制策略进行了理论分析和仿真实验验证,结果验证了该均衡策略的可行性和正确性。